Senovinės vandenyno plutos sluoksnis prie branduolio

Iš pirmo žvilgsnio vaizdas primena dėmę medicininiame skane. Tačiau po tuo neryškumu gali slypėti planetos reliktas: vandenyno plutos fragmentai, kurie nuslinko taip giliai, kad dabar ilsisi ten, kur skystas išorinis branduolys susiliečia su uolingu mantijos sluoksniu. Seismologai, naudodami Antarkties stočių duomenis, teigia, kad šios plonos, tankios plokštelės formuoja itin žemų greičių zonas maždaug 2,900 kilometrų gylyje ir jos gali tįsti aplink didelę branduolio dalį.

Kaip komanda nuskaitė planetos paslėptą anatomiją

Seisminės bangos yra vienintelis praktiškas būdas „nuskaityti" giluminę Žemę. Nuo 2019 iki 2022 m. komanda, kuriai priklausė tyrėjai, įskaitant Samantha Hansen ir Edward Garnero, naudojo 15 stebėjimo stočių, išgręžtų į Antarkties ledą, kad užfiksuotų tūkstančius per Pietų pusrutulį keliaujančių žemės drebėjimų signalų. Tų bangų atvykimo laikai ir iškraipymai atskleidžia sudėties ir temperatūros skirtumus planetos viduje.

Ten, kur seisminės bangos smarkiai sulėtėja, geofizikai tokią ypatybę vadina itin žemų greičių zona, arba ULVZ. Šios ULVZ pasirodo kaip ploni sluoksniai: kai kur vos kelių kilometrų storio, kitur dešimčių kilometrų. Įvairovė stulbina. Kai kur tų anomalijų topografija, palyginus su branduoliu, atitinka stūksančias kalvas, galimai penkis kartus aukštesnes už Everesto viršūnę.

Tyrėjai nuleidžia seisminę įrangą į vietą vienoje stočių, kaip dalį Transantarktinių kalnų tyrimų. 

Kodėl vandenyno pluta yra geriausias kandidatas

Yra keletas būdų, kaip priversti seismines bangas elgtis neįprastai. Temperatūros skirtumai gali pakeisti jų greitį. Dalinis ištirpinimas taip pat. Svarbesnė yra sudėtis. Komanda teigia, kad nuosekliausias paaiškinimas jų žemėlapiui yra perdirbta vandenyno pluta, seniai nuslinkusi į mantiją ir dabar išsitrynusi palei branduolio ir mantijos ribą.

Kodėl vandenyno dugnas? Nes bazaltinė vandenyno pluta yra tankesnė ir cheminiu požiūriu skiriasi nuo aplinkinės mantijos uolienos. Kai toks materialas nunešamas žemyn plokščių tektonikos ir mantijos konvekcijos, jis gali išlikti atpažįstamu sluoksniu gilyje. Skaičiaviminės simuliacijos, atliktos kartu su seismine analize, rodo, kad konvekciniai srautai sugeba nukreipti subdukuoto bazalto lopus nuo šiuolaikinių subdukcijos zonų ir vėl nusodinti juos netoli branduolio-mantijos ribos.

Uolienų judėjimai mantijoje. 

Autoriai elgiasi atsargiai. Uolienos rūšies išgavimas iš seisminių greičių yra netiesioginis. Alternatyvūs paaiškinimai, tokie kaip vietinės cheminės anomalijos ar dalinio ištirpinimo zonos, nebuvo atmesti. Vis dėlto vandenyno plutos hipotezė paaiškina daugelį po Pietų pusrutuliu užfiksuotų ULVZ-ų esant plonoms, tankioms ir horizontaliai išplitusioms.

Pasekmės šilumai, magnetizmui ir paviršiaus procesams

Jeigu senovinis vandenyno dugnas išties apgaubia branduolį, pasekmės sklinda aukštyn per Žemės sistemas. Branduolys yra karštesnis ir tankesnis už viršutinę mantiją. Kaip šiluma iš branduolio pereina į mantiją lemia konvekcijos raštus ten, o tai savo ruožtu veikia ilgalaikę vulkaninę veiklą ir geodinamą, palaikantį Žemės magnetinį lauką. Chemiškai išskirtinis sluoksnis prie branduolio ribos vietiškai pakeistų šilumos srautą, galbūt sukuriant terminės karštinės židinius arba barjerus, formuojančius mantijos stulpus.

Praktiškai žiūrint, apgaubtas senovinės plutos sluoksnis galėtų padėti paaiškinti painius regioninius skirtumus mantijos dinamikoje ir suteikti ryšį tarp paviršiaus tektonikos ir giluminės Žemės procesų. Tai atveria kelią naujiems eksperimentams: tankesnėms seisminėms masyvams, išplėstiniams Antarkties diegimams ir patobulintam bangų formos modeliavimo, kurie galėtų geriau išskirti ULVZ geometriją ir sudėtį.

Ekspertų įžvalga

Dr. Marija Ortega, geofizikė, kuri nebuvo susijusi su tyrimu, padeda įvertinti radinį. "Šis darbas naudoja vieną aiškiausių seisminių lęšių, kuriuos turime po Pietų pusrutuliu. Idėja, kad senos vandenyno dugno atplaišos gali kauptis prie branduolio ir mantijos ribos, yra pagrįsta ir įdomi. Jei tai bus patvirtinta, tai privers mus iš naujo pergalvoti, kaip cheminis sluoksniavimas ir šilumos perdavimas veikia giliausiuose sluoksniuose, ir kaip tie procesai per geologinį laiką grįžta į paviršių."

Šis atradimas, publikuotas žurnale Science Advances 2023 m., yra kvietimas, o ne galutinis verdiktas. Bus reikalingi tolesni seisminiai tyrimai ir aukšto slėgio mineralų fizikos laboratoriniai darbai, kad būtų patikrinta, ar šios ULVZ iš tiesų yra perdirbtas bazaltas ar kažkas egzotiškesnio. Bet kuriuo atveju, giluminė Žemė išlieka mažiau vienalytė, nei siūlė ankstyvieji modeliai. Tai vieta, kurioje vyrauja sudėtingumas, atmintis ir judėjimas, o senieji vandenyno dugnai galbūt dabar tyliai atlieka vaidmenį mūsų planetos šerdyje.